Оптическая микроскопия

Определение породного состава волокон

Небольшой образец целлюлозы № 49 помещают на предметное стекло, с помощью препаровальных игл расщепляют на отдельные волокна в нескольких каплях дистиллированной воды. Волокна осушают фильтровальной бумагой и смачивают 2-3 каплями хлор-цинк-йодом. Снова тщательно раздёргивают на индивидуальные волокна, удаляя сгустки. Препарат покрывают покровным стеклом и рассматривают под микроскопом.

Определение равномерности отбелки целлюлозы

Небольшой образец целлюлозы помещают на предметное стекло, с помощью препаровальных игл расщепляют на индивидуальные волокна в нескольких каплях дистиллированной воды. Волокна осушают фильтровальной бумагой и наносят несколько капель малахитового зелёного. Для закрепления красителя аппарат осторожно подсушивают над электроплиткой. Затем волокна переносят на ситечко, промывают водой до бесцветных промывочных вод, отжимают препаратными иглами, переносят на предметное стекло, где осушают фильтровальной бумагой. На промытый и высушенный образец наносят несколько капель основного фуксина. Окраску проводят в течение одной минуты. Окрашенные волокна переносят на ситечко и промывают слабым раствором HCl (1 см³ конц.CHl растворяют в 1 дм³ воды) до бесцветных промывных вод. Затем целлюлозу тщательно промывают водой (для удаленияHCl ) и отжимают. Из волокон приготавливают препараты и исследуют их под микроскопом[8].

Определение метода варки беленой технической целлюлозы

Используемые растворы:

Раствор 1 – 0,4%-ная HCl – 30-35 см³ ;

Раствор 2 – основной фуксин – 0,7-1,0 г в 100 см³ дистиллированной воды;

Раствор 3 – 0,02 моль/дм³ соляная кислота;

Раствор 4 – хлор-цинк-йод;

Раствор 5 – цинк хлористый «ч.д.а.», кальций хлористый (крист.) – 15 г в 100 см³ дистил. воды и 0,02 моль/дм³HCl 0,5 см³.

Навеску образца (0,05 г) опускают в нагретый до кипения раствор 1 и кипятят в течение 15 минут. Затем кислоту сливают, образец промывают холодной дистиллированной водой, затем погружают в кипящую дистиллированную воду и кипятят в течение 1 минуты.

Небольшую часть образца переносят на предметное стекло, расщепляют на отдельные волокна и осушают с помощью фильтровальной бумаги. На волокно наносят 2-3 капли раствора 2 и хорошо перемешивают. Через 1 минуту волокна осушают фильтровальной бумагой и промывают в течение 15 секунд раствором 3, который также удаляют фильтровальной бумагой, затем наносят 2-3 капли раствора 4, перемешивают и высушивают фильтровальной бумагой. В заключение наносят на волокна 2-3 капли раствора 5 и тщательно перемешивают. По истечении 1 минуты волокна накрывают покровным стеклом. Излишек раствора удаляют фильтровальной бумагой. Препарат исследуют под микроскопом[8].

Химический и физико-химический анализы

Определение влажности целлюлозы

Этот метод основан на определении потери массы целлюлозы при сушке ее до постоянной массы в сушильном шкафу при >t = (103±2)°С.

Навеску целлюлозы, массой около 3 г, помещают в предварительно высушенный до постоянной массы бюкс. Открытый бюкс с навеской и крышку бюкса помещают в сушильный шкаф и сушат приt = (103±2)°С в течение 3 часов. Высушенный бюкс с навеской закрывают в сушильном шкафу рядом стоящей крышкой и переносят в эксикатор, где охлаждают 10 минут до комнатной температуры и взвешивают. После первого взвешивания бюкс с навеской снова помещают в сушильный шкаф для повторной сушки до получения постоянной массы[8].

Влажность целлюлозы, %, вычисляют по формуле:

Где m – масса пустого бюкса, г;

m₁ – масса бюкса с навеской до высушивания, г;

m₂ – масса бюкса с навеской после высушивания, г.

Коэффициент сухости целлюлозы рассчитывают по формуле:

K_сух=

Во всех последующих химических анализах для расчета массы абсолютно сухой навески целлюлозы массу взятой воздушно-сухой навески умножают на K_сух

Определение содержания α-целлюлозы

Выполнение анализа:

Около 3 г абсолютно-сухой целлюлозы, разорванной на кусочки размером 10×10мм, помещают в фарфоровый стакан вместимостью 150-200 см³ и заливают 17,5% раствором гидроксида натрия в 2 приема: сначала 15 см³ (осторожно в течение 2-3 минут, размешивая целлюлозу стеклянной палочкой), затем добавляют 30 см³ 17,5% щелочи, равномерно и осторожно размешивают в течение 1 минуты. Стакан со смесью покрывают часовым стеклом и оставляют при комнатной температуре на 45 мин, считая с начала обработки целлюлозы щелочью[8].

По истечении этого времени к массе приливают 45 см³ дистил. воды, осторожно перемешивают в течение 1,5 мин и переносят массу на фарфоровую воронку Бюхнера (без бумажного фильтра).

Целлюлозную массу равномерно распределяют на дырчатой перегородке воронки и отсасывают фильтрат в отсосную колбу. Во избежание потерь волокна фильтрат пропускают дважды через слой волокна. Остаток на фильтре промывают при слабом вакууме в три приема по 25 см³ 9,5%-ого раствораNaOH . Каждую новую порцию промывной щелочи прибавляют лишь после полного отсоса предыдущей щелочи. Общая продолжительность промывки должна быть 2-3 мин. После отсоса щелочи волокна промывают отдельными порциями воды с промежуточным отсосом. Промывку ведут до нейтральной реакции по ф/ф. Промытый осадок (α-целлюлоза) высушивают сначала при комнатной температуре, а затем в сушильном шкафу t = (103±2)°С.

Массовую долю α-целлюлозы в % вычисляют по формуле: 

Где m – масса навески, г;

m₁ – масса высушенной α-целлюлозы,г;

g – абсолютно-сухая навеска целлюлозы, г.

g =m ×K_сух

Посуда: фарфоровый стакан, фарфоровая воронка, отсосная колба, часовое стекло, стеклянная палочка.

Реактивы:NaOH 17%; NaOH 9.5%.

Определение степени набухания целлюлозы

Из исследуемой воздушно-сухой целлюлозы нарезают два куска размером 1x1,5 см, взвешивают и помещают в кристаллизаторы, наполненные: один дистиллированной водой в количестве 25 мл, другой 25 мл раствора едкого натра концентрацией 17,5%. Продолжительность набухания в воде 1 час, а в щёлочи 10минут. По истечении указанного времени целлюлозы осторожно вынимают пинцетом и держат в наклонном положении для стекания жидкости, оставшуюся на весу каплю осторожно снимают фильтровальной бумагой, затем набухшую целлюлозу взвешивают на часовом стекле, предварительно взвешенном. Отношение веса набухшей целлюлозы к её первоначальному весу даёт весовую степень набухания, выраженную обычно в %[8].

Определение средней степени полимеризации целлюлозы

Навеску целлюлозу, рассчитанную по формуле и взвешенную с точностью до 0,0002г, и 1,5 грамма металлической кусковой меди помещают в толстостенную банку и приливают требуемое количество медно-аммиачного раствора (V см³). Банку закрывают пробкой, встряхивают и помещают в термостат при температуре 20±0,2⁰С[8].

Расчет абсолютно-сухой целлюлозы (G ) в граммах, необходимой для приготовления медно-аммиачного раствора целлюлозы, производится по формуле:

где

V – рабочий объём банки в см³(30см³),

C – концентрация целлюлозы в растворе в г/см³(1г/см³),

W – влажность целлюлозы в % (6-7%).

Банку помещают на мешалку. Обычно для полного растворения целлюлозы со степенью полимеризации до 1000 требуется 20-30 минут. Полноту растворения проверяют просматриванием банки с раствором в проходящем свете. Банку снимают с мешалки, ещё раз встряхивают и определяют с помощью вискозиметра время истечения в секундах 20 см³ раствора. Таким же образом определяют время истечения растворителя (t₀). Из полученных данных рассчитывают величину (η_у), характеризующую повышение вязкости раствора по отношению к вязкости растворителя, по формуле:

Среднюю степень полимеризации целлюлозы рассчитывают по формуле:

где С – концентрация целлюлозы в растворе в г/см³.

Определение карбоксильных групп

1г воздушно-сухой целлюлозы помещают в колбу на 30 минут в 50 0,1 р-р HCl . Затем целлюлозу промывают для удаления кислоты дистиллированной водой, отжимают и взвешивают. В полученной целлюлозе определяют содержание карбоксильных групп.

Для определения карбоксильных групп целлюлозу помещают в колбу и заливают 50 раствора солей (0,02 NaHCO₃ + 0,2 NaCl ). Колбу закрывают пробкой и встряхивают до получения однородной суспензии. Через час жидкость отфильтровывают на сухом стеклянном фильтре №1; 25 фильтрата титруют 0,1 HCl с индикатором метиловым красным до достижения переходной окраски (переход из желтого в малиновый). Раствор кипятят несколько минут для удаления CO₂. Быстро охлаждают и затем титруют до нового изменения окраски.

Параллельно титруют таким же образом 25 раствора бикарбоната (смесь солей)[8].

Содержание карбоксильных групп рассчитывают по формуле в

,

где a – расход 0,1 HCl на титрование 25 фильтрата, ;

B - расход 0,1 HCl на титрование 25 бикарбоната, ;

Y – содержание воды в навеске целлюлозы после обработки кислотой, г;

g – навеска абсолютно-сухой целлюлозы, г.

Определение медного числа целлюлозы

Для данного анализа используют 3 конические колбы объемом 100. В одну из них помещают измельченную навеску целлюлозы около 1г и приливают 20 дистиллированной воды. В другую колбу наливают 20 раствора сернокислой меди (раствор I ). В третью коническую колбу наливают 20 щелочного раствора сегнетовой соли (раствор II ). Одновременно все три колбы ставят на плитку и доводят до кипения.

Затем раствор I и раствор II сливают вместе, перемешивают и переносят в колбу с навеской. Полученную реакционную смесь ставят на плитку и кипят 2-3 минуты. Снятую с плитки колбу выдерживают на воздухе 5 минут, а затем охлаждают под холодной водой до комнатной температуры.

Содержимое колбы после охлаждения фильтруют через фарфоровую воронку. Целлюлозу с осадком Cu₂O промывают горячей водой до нейтральной реакции по фенолфталеину. Промывные воды выливают и колбу тщательно моют[8].

Закись меди растворяют 30 раствора сернокислого железа (раствор III ). Целлюлозу на фильтре промывают в два приема по 30 раствора H₂SO₄ 4 и затем 150 дистиллированной воды. Фильтрат титруют 0,04 раствором KMnO₄ до устойчивой розовой окраски.

Медное число в г на 100 г абсолютно-сухой целлюлозы вычисляют по формуле:

,

где V – объем 0,04 раствора KMnO₄, пошедший на титрование, ;

0,0254 - масса Cu , соответствующая 1 0,04 раствора KMnO₄, г;

m – воздушно-сухая навеска целлюлозы, г;

K_сух – коэффициент сухости целлюлозы